JP5257212B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は燃料噴射弁に関する。

内燃機関のコモンレール式燃料噴射装置では、ニードルを動作させることにより燃料噴射弁の噴孔の開閉を行い、燃料を噴射する。燃料噴射弁の開閉状態を制御するアクチュエータとして、電圧の印加に応じて伸縮するピエゾスタックが用いられることがある。

燃料の要求噴射量が増加すると、ニードルのリフト量や噴射率が増大し、ペネトレーションが増加することがある。ペネトレーションが増加した場合、噴射された燃料が気筒内のオイルを洗い流す、いわゆるボアフラッシング等が発生することがある。すなわち、ペネトレーションを抑制しようとすれば、燃料噴射量が不足することになる。このように、ペネトレーションの抑制と所望の噴射量とを両立させることが困難であった。

特許文献１には、ニードルのリフト量を規制する可動ストッパを設け、アクチュエータによりニードルに加わる圧力を調節し、かつ可動ストッパのリフト量を制御する技術が開示されている。

特開２００２−３４９３８３号公報

特許文献１の技術によれば、可動ストッパによりリフト量を制御することで、燃料の噴射量を制御することができる。しかしながら、ペネトレーションの抑制と所望の噴射量を両立させることは困難である。また、燃料噴射弁は構成が複雑であり、その構成は燃料噴射弁のコストアップの原因となる可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑み、簡単な構成により噴霧のペネトレーションの抑制が可能な燃料噴射弁の提供を課題とする。

本発明は、先端部に噴孔を備えたノズルボディと、前記先端部に燃料を供給する燃料通路と、前記ノズルボディ内に摺動自在に配置されたニードルと、前記ノズルボディ内であって、前記ニードルの摺動方向に摺動自在に配置された、前記ニードルのリフトを規制する可動ストッパと、前記燃料通路と接続され、前記ニードル及び前記可動ストッパを前記ノズルボディの先端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入される制御室と、前記可動ストッパを移動させる移動手段と、を具備し、前記移動手段は、前記制御室内に創出された圧力を低減する圧力低減手段と、前記ノズルボディ内に配置され、前記圧力低減手段を作動させるアクチュエータと、前記可動ストッパを前記ノズルボディの基端側に付勢する第１付勢手段と、を含み、前記可動ストッパは、前記アクチュエータの動作に応じ、第１の位置と前記第１の位置より前記ノズルボディの基端側の位置である第２の位置との間で摺動し、前記第１付勢手段は、前記燃料通路内の燃料の圧力が所定の圧力より高い場合、前記可動ストッパが前記第１の位置において前記ニードルのリフトを規制し、前記燃料の圧力が所定の圧力より低い場合、前記可動ストッパが前記第２の位置において前記ニードルのリフトを規制するように、前記可動ストッパを付勢することを特徴とする燃料噴射弁である。本発明によれば、可動ストッパが、噴射率が低くなる第１の位置においてニードルのリフトを規制する。また、ニードルと可動ストッパとには、ともに制御室内の燃料から圧力が加わる。このため、簡単な構成により噴霧のペネトレーションの抑制が可能となる。

本発明によれば、噴霧のペネトレーションを最適化できる燃料噴射弁を提供することができる。

図１は実施例１に係る燃料噴射弁１００を例示する断面図である。 図２は実施例１に係る燃料噴射弁１００の動作を例示するタイムチャートである。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は実施例１に係る燃料噴射弁１００の動作を例示する断面図である。 図４は実施例１に係る燃料噴射弁１００の動作を例示する断面図である。 図５は実施例１に係る燃料噴射弁１００の動作を例示するタイムチャートである。 図６は実施例１に係る燃料噴射弁１００の動作を例示する断面図である。 図７は規制位置によるペネトレーションの変化を例示する図である。 図８は実施例２に係る燃料噴射弁２００を例示する断面図である。 図９は実施例２に係る燃料噴射弁２００の動作を例示するタイムチャートである。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は実施例２に係る燃料噴射弁２００を例示する断面図である。 図１１は実施例２に係る燃料噴射弁２００の動作を例示する断面図である。 図１２は実施例２に係る燃料噴射弁２００の動作を例示するタイムチャートである。 図１３は実施例２に係る燃料噴射弁２００の動作を例示する断面図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

初めに、実施例１に係る燃料噴射弁１００の構成について説明する。図１は燃料噴射弁１００を例示する断面図である。なお、図１は閉弁状態を図示している。

図１に示すように、燃料噴射弁１００はＥＤＵ４を介してＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２と接続されている。燃料噴射弁１００は、ノズルボディ８、ニードル１０、ピエゾスタック１２（アクチュエータ）、及び可動ストッパ４６を備えている。

ノズルボディ８には、基端側から先端側に向けて順に、アクチュエータ室１４、第１ピストン室１６、油密室１８、第２ピストン室２０、バルブ室２２、第３ピストン室２３、第１リターン室２４、制御室２６、第２リターン室２８、及び燃料溜り室３０が設けられている。ノズルボディ８の先端部に設けられた燃料溜り室３０には、噴孔６が形成されている。第３ピストン室２３、制御室２６及び燃料溜り室３０に高圧燃料通路３４（燃料通路）が接続され、燃料が導入されている。実施例１では、高圧燃料通路３４及びリターン通路３６は、ノズルボディ８内に形成されている。アクチュエータ室１４、第１ピストン室１６、第２ピストン室２０、第１リターン室２４及び第２リターン室２８にリターン通路３６が接続されている。バルブ室２２と制御室２６とは燃料通路２１により接続されている。第１ピストン室１６にはバネ１６ａ、油密室１８にはバネ１８ａ、第１リターン室２４にはバネ２４ａ、第２リターン室２８にはバネ２８ａ及び２８ｂが、各々設けられている。

アクチュエータ室１４にはピエゾスタック１２が配置されている。ピエゾスタック１２の先端側に接続された第１ピストン３８は第１ピストン室１６に配置されている。第２ピストン室２０には第２ピストン４０が配置されている。第２ピストン４０の先端側に接続されたバルブ４２はバルブ室２２に配置され、バルブ４２の先端に接続された第３ピストン４４は第３ピストン室２３に配置されている。図１の状態においては、バルブ４２がバルブ室２２と第２ピストン室２０との接続を遮断している。

ニードル１０はノズルボディ８内に摺動自在に配置されている。ニードル１０の先端部はテーパ形状となっている。ニードル１０の基端部には鍔部１０ｂが形成されている。また、ニードル１０の先端部と基端部との間、すなわち中央部には鍔部１０ｃが形成されている。ニードル１０の先端部は燃料溜り室３０に、基端側の鍔部１０ｂは制御室２６に、中央部の鍔部１０ｃは第２リターン室２８と燃料溜り室３０とに、各々配置されている。

ニードル１０の先端部はテーパ形状となっているため、燃料溜り室３０内の燃料から、ニードル１０をノズルボディ８の基端側に付勢する圧力を受ける。すなわち、燃料溜り室３０にはニードル１０をノズルボディ８の基端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入される。ニードル１０の基端側の面１１は、制御室２６内の燃料からニードル１０をノズルボディ８の先端側に付勢する圧力を受ける。鍔部１０ｃの基端側の面１３は第２リターン室２８に設けられたバネ２８ｂから、ニードル１０をノズルボディ８の先端側に付勢する力を受ける。つまり、ニードル１０は、制御室２６内の燃料及びバネ２８ｂから閉弁方向の力を受け、燃料溜り室３０内の燃料から開弁方向の力を受ける。

図１の状態では、閉弁方向の力（制御室２６内の圧力に起因する力、及びバネ２８ｂから加わる力）が開弁方向の力（燃料溜り室３０内の圧力に起因する力）を上回っているため、ニードル１０先端部のシート部１０ａはノズルボディ８の内壁に着座している。このため、噴孔６への燃料の供給が遮断される。すなわち、燃料噴射弁１００は閉弁している。

可動ストッパ４６はノズルボディ８内に位置している。また、可動ストッパ４６の基端部は制御室２６に位置している。可動ストッパ４６はニードル１０及びノズルボディ８に対して摺動自在である。すなわち、可動ストッパ４６は、ニードル１０の摺動方向に摺動自在に配置されている。可動ストッパ４６の基端部には係止部４６ａ、先端部には突出部４６ｂが各々設けられている。可動ストッパ４６は制御室２６内の燃料から、可動ストッパ４６をノズルボディ８の先端側に付勢する圧力を受ける。すなわち、制御室２６にはニードル１０及び可動ストッパ４６を先端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入される。また、可動ストッパ４６は第２リターン室２８に設けられたバネ２８ａから、可動ストッパ４６をノズルボディ８の基端側に付勢する力を受ける。すなわち、バネ２８ａは、可動ストッパ４６をノズルボディ８の基端側に付勢する第１付勢手段として機能する。

次に、燃料噴射弁１００の動作について説明する。ＥＣＵ２が燃料噴射弁１００を開弁する命令を発信すると、命令を受信したＥＤＵ４がピエゾスタック１２に電圧を印加する。電圧を印加されたピエゾスタック１２は、ノズルボディ８の先端側に伸長する。ピエゾスタック１２が伸長すると、第１ピストン３８はノズルボディ８の先端側に移動する。第１ピストン３８の移動により、油密室１８内の燃料の圧力が昇圧する。第２ピストン４０は、油密室１８内の燃料の圧力を受け、ノズルボディ８の先端側に移動する。さらに、第２ピストン４０の先端側に接続されたバルブ４２、及びバルブ４２の先端側に接続された第３ピストン４４が、ノズルボディ８の先端側に移動する。

バルブ４２が移動すると、バルブ室２２と第２ピストン室２０とが接続される。さらに、バルブ室２２とリターン通路３６とが、第２ピストン室２０を介して接続される。第２ピストン室には、燃料通路２１を介して制御室２６が接続されている。従って、バルブ４２の移動に応じて、制御室２６は、燃料通路２１、バルブ室２２及び第２ピストン室２０を介して、リターン通路３６に接続される。このとき、制御室２６内の燃料がリターン通路３６に流出するため、制御室２６内の燃料の圧力（以下「制御室圧」）は低減する。つまり、バルブ室２２及びバルブ４２は、ピエゾスタック１２の動作に応じて、制御室圧を低減する圧力低減手段として機能する。また、ピエゾスタック１２は、圧力低減手段、すなわちバルブ室２２及びバルブ４２を作動させる。

制御室圧が低減すると、ニードル１０に加わる閉弁方向の力が低減する。ニードル１０に加わる開弁方向の力が、閉弁方向の力を上回ると、ニードル１０はノズルボディ８の基端側にリフトする。つまり、ニードル１０のシート部１０ａがノズルボディ８の内壁から離座する。このとき、燃料溜り室３０内の燃料が噴孔６に供給され、噴孔６から噴射される。すなわち、燃料噴射弁１００が開弁する。

次に、高圧燃料通路３４内の燃料の圧力（レール圧）が所定の圧力より高い場合、及び低い場合、それぞれにおける燃料噴射弁１００の動作について、さらに詳しく説明する。

まず、レール圧力が所定の圧力より高い場合について説明する。図２（ａ）から図２（ｆ）は、燃料噴射弁１００の動作を例示するタイムチャートである。

図２の横軸は時間を表す。縦軸は図２（ａ）から図２（ｆ）の順に、ピエゾスタック１２に印加される電圧、制御室圧に起因する力、バネ２８ａの力（バネ力）、可動ストッパ４６に加わる力（ストッパ作用力）、可動ストッパのリフト量（可動ストッパリフト）、及びニードル１０のリフト量（ニードルリフト）を表す。可動ストッパ４６に加わる力、及びリフト量は、ノズルボディ８の基端側の方向を正として表す。

また、図３（ａ）から図４は燃料噴射弁１００の動作を例示する断面図である。図３（ａ）から図４では、図１におけるニードル１０、可動ストッパ４６及びその周辺を拡大して図示している。図３（ａ）は図２中の時間０からｔ２、図３（ｂ）は時間ｔ３からｔ４、図４は時間ｔ４からｔ５の各々における燃料噴射弁１００を例示する断面図である。既述した構成と同様の構成については、説明を省略する。

図２（ｄ）に示すように、時間０からｔ１、すなわちピエゾスタック１２への電圧印加前は、制御室圧に起因する力はバネ力よりも高い。つまり、可動ストッパ４６をノズルボディ８の先端側に付勢する力が、基端側に付勢する力を上回っている。このとき、可動ストッパ４６に加わるストッパ作用力は負、すなわち可動ストッパ４６を先端側に付勢する力となる。

従って、図３（ａ）及び図２（ｅ）に示すように、可動ストッパ４６のリフト量はゼロであり、突出部４６ｂがノズルボディ８の内壁に着座する。実施例１においては、このときの可動ストッパ４６の位置を「第１の位置」とする。

また同様に、ニードル１０をノズルボディの先端側に付勢する力が、基端側に付製する力を上回っている。言い換えれば、閉弁方向の力が開弁方向の力を上回っている。このため、図２（ｆ）に示すように、ニードル１０のリフト量もゼロとなる。すなわち、ニードル１０のシート部１０ａが燃料溜り室３０の内壁に着座している。言い換えれば、燃料噴射弁１００は閉弁している。このとき、図３（ａ）に示すように、ニードル１０の基端側の面１１と、可動ストッパ４６に設けられた係止部４６ａの下面との間の距離Ｄ１である。また、可動ストッパ４６の基端側の面４７とノズルボディ８の内壁との間の距離はＤ２である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、時間ｔ１においてピエゾスタック１２への電圧の印加を開始すると、図１で説明した機構により制御室圧が低下し、制御室圧に起因する力も低下する。図２（ｆ）に示すように、時間ｔ２において、ニードル１０はリフトを開始し、燃料噴射弁１００が開弁する。つまり、制御室圧が、燃料噴射弁１００が開弁し始める圧力である開弁圧に達する。

図３（ｂ）及び図２（ｆ）に示すように、時間ｔ３において、ニードル１０はノズルボディ８の基端側に距離Ｄ１だけリフトし、可動ストッパ４６に接触する。より詳細には、基端側の面１１が可動ストッパ４６の係止部４６ａに接触する。言い換えれば、可動ストッパ４６はニードル１０のリフトを第１の位置において規制する。時間ｔ３後も制御室圧は低下し続けるが、可動ストッパ４６に加わるストッパ作用力は負であるため、可動ストッパ４６はリフトせず、ニードル１０は可動ストッパ４６により規制される。

図２（ｄ）に示すように、時間ｔ４において、ストッパ作用力はゼロ、すなわち可動ストッパ４６をノズルボディ８の先端側に付勢する力と、基端側に付勢する力とが均衡する。このとき、図２（ｅ）に示すように、可動ストッパ４６はリフトを開始する。また、ニードル１０と可動ストッパ４６とは一体となりリフトする。すなわち、図１に示したピエゾスタック１２（アクチュエータ）、バネ２８ａ（第１付勢手段）、バルブ室２２及びバルブ４２（圧力低減手段）は、可動ストッパ４６を移動させる移動手段として機能する。

図４及び図２（ｅ）に示すように、時間ｔ５において可動ストッパ４６はニードル１０とともに基端側に距離Ｄ２だけリフトし、ノズルボディ８の内壁に接触する。より具体的には、可動ストッパ４６の基端側の面４７が制御室２６の内壁に着座する。このときの可動ストッパ４６の位置を「第２の位置」とする。このとき、ニードル１０は図３（ａ）の状態からＤ１＋Ｄ２だけ、リフトしている。つまり、可動ストッパ４６は、第１の位置よりノズルボディ８の基端側の位置である第２の位置において、ニードル１０のリフトを規制する。このように、可動ストッパ４６は、移動手段の動作に応じて、第１の位置と第２の位置との間で摺動する。言い換えれば、可動ストッパ４６は、ピエゾスタック１２の動作に応じて、第１の位置と第２の位置との間で摺動する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、時間ｔ６において、ピエゾスタック１２への電圧の印加を停止すると、制御室圧は上昇し始め、制御室圧に起因する力も上昇を開始する。言い換えれば、図２（ｄ）に示すように、ノズルボディ８の基端側の方向を正としたストッパ作用力が低下し始める。

図２（ｄ）に示すように、時間ｔ７において、ストッパ作用力はゼロとなる。このとき、図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示すように、ニードル１０と可動ストッパ４６とは一体となり、ノズルボディ８の先端側へ移動する。

図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示すように、時間ｔ８において、ニードル１０及び可動ストッパ４６は第１の位置まで戻る。すなわち、可動ストッパ４６の突出部４６ｂがノズルボディ８の内壁に着座し、図３（ｂ）の状態となる。さらに時間ｔ９において、ニードル１０は可動ストッパ４６と分離して、ノズルボディ８の先端側へ移動し続ける。

時間ｔ１０において、ニードル１０のリフト量はゼロとなる。すなわち、図３（ａ）の状態となり、シート部１０ａが燃料溜り室３０の内壁に着座し、燃料噴射弁１００は閉弁する。

次に、レール圧が所定の圧力より低い場合について説明する。図５（ａ）から図５（ｆ）は、燃料噴射弁１００の動作を例示するタイムチャートである。図５（ａ）から図５（ｆ）の縦軸及び横軸は、図２（ａ）から図２（ｆ）の縦軸及び横軸と同じパラメータを表す。また、図６は燃料噴射弁１００の動作を例示する断面図である。

図５（ｄ）に示すように、時間に関らず、ストッパ作用力は常に正である。すなわち、図５（ｃ）に示すバネ力が、図５（ｂ）に示す制御室圧に起因する力よりも大きい。言い換えれば、可動ストッパ４６を基端側に付勢する力が、先端側に付勢する力を上回っている。

図６及び図５（ｅ）に示すように、時間に関らず、可動ストッパ４６はＤ２だけリフトした、第２の位置にある。すなわち、ニードル１０の面１１と可動ストッパ４６の係止部４６ａとの距離はＤ１＋Ｄ２となる。

図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｄ）に示すように、時間ｔ１１においてピエゾスタック１２への電圧の印加を開始すると、制御室圧に起因する力が低下し、ストッパ作用力が上昇する。

図５（ｆ）に示すように、時間ｔ１２においてニードル１０はリフトを開始する。つまり制御室圧が開弁圧に達し、燃料噴射弁１００が開弁する。可動ストッパ４６はリフトし、第２の位置にある。従って、図３（ｂ）に示したように第１の位置で規制されることなく、ニードル１０はリフトする。

時間ｔ１３において、ニードル１０はＤ１＋Ｄ２の距離をリフトし、可動ストッパ４６に接触する。言い換えれば、可動ストッパ４６はニードル１０を第２の位置において規制する。

図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｄ）に示すように、時間ｔ１４において、ピエゾスタック１２への電圧の印加を停止すると、制御室圧は上昇し始め、ストッパ作用力も低下を始める。

図５（ｆ）に示すように、時間ｔ１５において、ニードル１０は基端側に移動し始める。時間ｔ１６において、ニードル１０のリフト量はゼロとなる。つまり、シート部１０ａが燃料溜り室３０の内壁に着座し、燃料噴射弁１００は閉弁する。

実施例１によれば、レール圧が所定の圧力より高い場合、可動ストッパ４６は、第１の位置においてニードル１０のリフトを規制する。また、レール圧が所定の圧力より低い場合、可動ストッパ４６は、ニードル１０のリフトを第１の位置より基端側の位置である第２の位置において規制し、第１の位置においては規制しない。規制位置による、噴霧のペネトレーションの変化について説明する。図７はペネトレーションを例示する図である。縦軸はペネトレーション、横軸は時間を各々表す。また、実線はニードル１０のリフトが第１の位置において規制されている場合、点線は第２の位置において規制されている場合を表す。

図７に示すように、時間とともにペネトレーションは増大する。また、ニードル１０のリフトが第１の位置において規制されている場合、第２の位置において規制されている場合よりも、ペネトレーションが低下する。この原因について、図３（ｂ）及び図６を参照して説明する。

図６のようにニードル１０のリフトが第２の位置において規制されている場合、燃料噴射弁１００が噴射する燃料の噴射率は、可動ストッパ４６が設けられていない場合と同等の噴射率となる。これに対し、図３（ｂ）のようにニードル１０のリフトが第１の位置において規制されている場合、ニードル１０とノズルボディ８の内壁との間の距離が、ニードル１０のリフトが第２の位置において規制されている場合よりも小さくなる。これにより燃料が噴孔６へ供給されにくくなる。従って、ニードル１０のリフトが第１の位置において規制されている場合の燃料噴射弁１００の噴射率は、ニードル１０のリフトが第２の位置において規制されている場合の噴射率よりも低くなる。このため、図７に示すように、ニードル１０のリフトが第１の位置において規制されている場合のペネトレーションは、ニードル１０のリフトが第２の位置において規制されている場合のペネトレーションよりも低くなる。

実施例１によれば、高レール圧の状態では、可動ストッパ４６が第１の位置においてニードル１０のリフトを規制することで、燃料噴射弁１００の噴射率を低くすることができる。このことにより、燃料噴射量を減少させることなく、噴霧のペネトレーションを抑制することが可能となる。言い換えれば、燃料噴射量を増加させても、ペネトレーションの増大を抑制できる。

その一方で、低レール圧の状態では、可動ストッパ４６がニードル１０のリフトを第１の位置では規制せず、第２の位置において規制する。このため、可動ストッパ４６が設けられていない場合と同等の噴射率を得ることができる。

図１に示すように、ニードル１０と可動ストッパ４６とには、ともに制御室２６内の燃料から圧力が加わり、かつピエゾスタック１２の動作に応じて作動する圧力低減手段により、制御室圧が低減する。つまり、ピエゾスタックの動作による圧力の変動が、ニードルと可動ストッパとで同じ経路により伝達される。このため、実施例１によれば、ニードルと可動ストッパとで、圧力の変動が異なる経路により伝達される特許文献１の技術より、燃料噴射弁の構成が簡単となる。

バネ２８ａを、レール圧が高い場合、可動ストッパ４６が第１の位置においてニードル１０のリフトを規制し、レール圧が低い場合、第２の位置においてニードル１０のリフトを規制するように調節することができる。これにより、従来の技術よりも簡単な構成で、ニードルのリフトを規制することができる。

実施例１に係る燃料噴射弁１００が効果を発揮する例として、ポスト噴射について説明する。燃料の燃焼による排出ガスを通すフィルターを昇温させる触媒に燃料を供給するため、ポスト噴射が行われることがある。燃料噴射量が増加すると、効率的に触媒の昇温が可能となり、ポスト噴射の効果をより向上させることができる。しかし、従来は、燃料噴射量を増加させると、ペネトレーションも増大し、ボアフラッシング等の問題が生じていた。特に高レール圧では、ペネトレーションも増大しやすい。実施例１によれば、高レール圧の状態において、可動ストッパ４６が第１の位置においてニードル１０のリフトを規制するため、ペネトレーションの増大を抑制し、かつ燃料噴射量を増加させることができる。このため、ペネトレーションの増大を抑制し、かつポスト噴射をより効果的に行うことができる。

バネ２８ａを調節することにより、可動ストッパ４６が第１の位置においてニードル１０のリフトを規制するレール圧を、任意の圧力に設定することができる。すなわち「所定の圧力」を、任意の圧力に設定することができる。

次に実施例２について説明する。図８は実施例２に係る燃料噴射弁２００を例示する断面図である。なお、図８は閉弁状態を図示しており、既述した構成と同様の構成については説明を省略する。

図８に示すように、燃料噴射弁２００は、ノズルボディ８、ニードル５０、ピエゾスタック１２、可動ストッパ４６及びストッパ４８を備えている。ノズルボディ８に設けられた制御室２６、及び燃料溜り室３０には、バネ２６ａ及びバネ３０ａが各々設けられている。

ニードル５０はノズルボディ８内に摺動自在に配置されている。ニードル５０には、基端側から順に、第１円柱部５０ｂ、第２円柱部５０ｃ、第３円柱部５０ｄ、及び鍔部５０ｅが形成されている。第１円柱部５０ｂ、第２円柱部５０ｃ、第３円柱部５０ｄの順に、円柱部の径は大きくなる。第１円柱部５０ｂは制御室２６に配置されている。

ニードル５０の先端部はテーパ状となっているため、燃料溜り室３０内の燃料から、ニードル５０をノズルボディ８の基端側に付勢する圧力を受ける。ニードル５０の基端側の面５１は、制御室２６内の燃料からニードル５０をノズルボディ８の先端側に付勢する圧力を受ける。鍔部５０ｅの基端側の面５２は燃料溜り室３０に設けられたバネ３０ａから、ニードル５０をノズルボディ８の先端側に付勢する力を受ける。つまり、ニードル５０は、制御室２６内の燃料及びバネ３０ａから閉弁方向の力を受け、燃料溜り室３０内の燃料から開弁方向の力を受ける。

図８の状態では、閉弁方向の力（制御室２６内の圧力に起因する力、及びバネ３０ａから加わる力）が開弁方向の力（燃料溜り室３０内の圧力に起因する力）を上回っているため、ニードル５０先端部のシート部５０ａはノズルボディ８の内壁に着座している。このため、噴孔６への燃料の供給が遮断される。すなわち、燃料噴射弁２００は閉弁している。

可動ストッパ４６及びストッパ４８は、ノズルボディ８内の燃料溜り室３０に配置されている。可動ストッパ４６はニードル５０及びストッパ４８に対して摺動自在である。すなわち、可動ストッパ４６は、ニードル５０の摺動方向に摺動自在に配置されている。可動ストッパ４６には係止部４６ａが、ニードル５０の第２円柱部５０ｃよりもノズルボディ８の基端側に位置するように設けられている。また、ストッパ４８には、可動ストッパ４６よりも、ノズルボディ８の先端側に位置するように係止部４８ａが設けられている。可動ストッパ４６は、制御室２６内の燃料から、可動ストッパ４６をノズルボディ８の先端側に付勢する圧力を受ける。また、可動ストッパ４６は、燃料溜り室３０内の燃料から、可動ストッパ４６をノズルボディ８の基端側に付勢する力を受ける。さらに、可動ストッパ４６は、制御室２６内に設けられたバネ２６ａから、可動ストッパ４６をノズルボディ８の先端側に付勢する力を受ける。すなわち、バネ２６ａは、可動ストッパ４６をノズルボディ８の先端側に付勢する第２付勢手段として機能する。

燃料噴射弁２００の動作の原理については、既述した燃料噴射弁１００と同様なので、説明を省略する。

次に、高圧燃料通路３４内の燃料の圧力（レール圧）が所定の圧力より高い場合、及び低い場合、それぞれの場合における燃料噴射弁２００の動作について説明する。

まず、レール圧力が所定の圧力より低い場合について説明する。図９（ａ）から図９（ｇ）は、燃料噴射弁２００の動作を例示するタイムチャートである。縦軸は図９（ａ）から図９（ｇ）の順に、ピエゾスタック１２に印加される電圧、制御室圧に起因する力、バネ２６ａの力（バネ力）、レール圧に起因する力、可動ストッパ４６に加わる力（ストッパ作用力）、可動ストッパ４６のリフト量、及びニードル５０のリフト量を表す。図９（ｃ）及び図９（ｄ）に示すように、レール圧に起因する力はバネ力よりも大きい。

また、図１０（ａ）から図１１は燃料噴射弁２００の動作を例示する断面図である。図１０（ａ）は図９中の時間０からＴ２、図１０（ｂ）は時間Ｔ３からＴ４、図１１は時間Ｔ４からＴ５の各々の状態における燃料噴射弁２００を例示する断面図である。

図１０（ａ）及び図９（ｅ）に示すように、ピエゾスタック１２への電圧印加前は、制御室圧に起因する力とバネ２６ａによる力（バネ力）との合力は、燃料溜り室３０内の燃料の圧力（燃料溜り室圧）に起因する力より大きい。つまり、可動ストッパ４６をノズルボディ８の先端側に付勢する力が、基端側に付勢する力を上回っている。このとき、図９（ｆ）に示すように、可動ストッパ４６のリフト量はゼロとなる。すなわち、可動ストッパ４６がストッパ４８の係止部４８ａに着座している。実施例２では、このときの可動ストッパ４６の位置を「第１の位置」とする。言い換えれば、ストッパ４８は、第１の位置において可動ストッパ４６を規制する。

また同様に、ニードル５０をノズルボディ８の先端側に付勢する力が、基端側に付製する力を上回っている。このため、図１０（ｇ）に示すように、ニードル５０のリフト量もゼロとなる。すなわち、ニードル５０のシート部５０ａが燃料溜り室３０の内壁に着座している。言い換えれば、燃料噴射弁２００は閉弁している。このとき、図１０（ａ）に示すように、第２円柱部５０ｃの基端側の面５３と、可動ストッパ４６に設けられた係止部４６ａの下面との間の距離はＤ１である。また、可動ストッパ４６の基端側の面４７とノズルボディ８の内壁との間の距離はＤ２である。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、時間Ｔ１においてピエゾスタック１２への電圧の印加を開始すると、制御室圧が低下し、制御室圧に起因する力も低下する。図９（ｇ）に示すように、時間Ｔ２においてニードル５０はリフトを開始し、燃料噴射弁２００は開弁する。つまり、制御室圧が開弁圧に達する。

図１０（ｂ）及び図９（ｇ）に示すように、時間Ｔ３において、ニードル５０は、ノズルボディ８の基端側に距離Ｄ１だけリフトし、可動ストッパ４６に接触する。より詳細には、第２円柱部５０ｃの基端側の面５３が、可動ストッパ４６の係止部４６ａに接触する。言い換えれば、可動ストッパ４６はニードル５０のリフトを第１の位置において規制する。時間Ｔ２後も制御室圧は低下し続けるが、可動ストッパ４６に加わるストッパ作用力は負であるため、可動ストッパ４６はリフトせず、ニードル５０のリフトは可動ストッパ４６により規制される。

図９（ｅ）に示すように、時間Ｔ４において、ストッパ作用力はゼロとなる。つまり、図９（ｆ）に示すように、可動ストッパ４６はリフトを開始する。このとき、ニードル５０と可動ストッパ４６とは一体となりリフトする。すなわち、図８に示したピエゾスタック１２（アクチュエータ）、バネ２６ａ（第２付勢手段）、バルブ室２２及びバルブ４２（圧力低減手段）は、可動ストッパ４６を移動させる移動手段として機能する。

図１１及び図９（ｆ）に示すように、時間Ｔ５において、可動ストッパ４６はニードル５０とともに基端側に距離Ｄ２だけリフトし、ノズルボディ８の内壁に接触する。つまり、可動ストッパ４６の基端側の面４７が制御室２６の内壁に着座する。つまり、可動ストッパ４６は、第１の位置よりノズルボディ８の基端側の位置である第２の位置において、ニードル１０のリフトを規制する。このように、可動ストッパ４６は、移動手段の動作に応じて、第１の位置と第２の位置との間で摺動する。言い換えれば、可動ストッパ４６は、ピエゾスタック１２の動作に応じて、第１の位置と第２の位置との間で摺動する。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、時間Ｔ６において、ピエゾスタック１２への電圧の印加を停止すると、制御室圧は上昇し始め、制御室圧に起因する力も上昇を開始する。このとき、図９（ｅ）に示すように、基端側の方向を正としたストッパ作用力が低下し始める。

図９（ｅ）に示すように、時間Ｔ７においてストッパ作用力はゼロとなる。このとき、ニードル５０と可動ストッパ４６とは一体となり、ノズルボディ８の先端側へ移動する。

図９（ｆ）及び図９（ｇ）に示すように、時間Ｔ８において、ニードル５０及び可動ストッパ４６は第１の位置まで戻る。つまり、図１０（ｂ）の状態となる。さらに制御室圧に起因する力は上昇し、時間Ｔ９において、可動ストッパ４６はストッパ４８の係止部４８ａに着座する。ニードル５０は可動ストッパ４６と分離して、ノズルボディ８の先端側へ移動し続ける。

時間Ｔ１０において、ニードル５０のリフト量はゼロとなる。すなわち、図１０（ａ）の状態となり、ニードル５０のリフト量はゼロとなる。つまり、シート部５０ａが燃料溜り室３０の内壁に着座し、燃料噴射弁２００は閉弁する。

次に、レール圧が所定の圧力より高い場合について説明する。図１２（ａ）から図１２（ｆ）は、燃料噴射弁２００の動作を例示するタイムチャートである。図１２（ａ）から図１２（ｆ）の縦軸及び横軸は、図９（ａ）から図９（ｆ）の縦軸及び横軸と同じパラメータを表す。また、図１３は燃料噴射弁２００の動作を例示する断面図である。

図１２（ｅ）に示すように、ストッパ作用力は負である。すなわち可動ストッパ４６を先端側に付勢する力が、可動ストッパ４６を基端側に付勢する力を上回っているため、図１２（ｆ）に示すように、可動ストッパ４６のリフト量はゼロとなる。つまり、可動ストッパ４６は、ストッパ４８の係止部４８ａに接触する第１の位置にある。これは、図１０（ａ）に示したものと同じ状態である。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、時間Ｔ１１においてピエゾスタック１２への電圧の印加を開始すると、制御室圧に起因する力が低下し始める。

図１２（ｅ）に示すように、時間Ｔ１２において、ストッパ作用力は正となる。このため、図１２（ｆ）に示すように、時間Ｔ１２において可動ストッパ４６がリフトし始める。このとき、図１２（ｇ）に示すように、ニードル５０はリフトしていない。すなわち、レール圧が所定の圧力より高い場合、可動ストッパ４６はニードル５０よりも先にリフトを開始する。レール圧が高い場合、可動ストッパ４６をノズルボディ８の先端側に付勢する燃料溜り室圧も高くなる。このため、制御室圧がわずかに低下しただけで、可動ストッパ４６を基端側に付勢する力が先端側に付勢する力を上回ることによる。

図１２（ｇ）に示すように、時間Ｔ１３において、ニードル５０もリフトを開始する。

図１３及び図１２（ｆ）に示すように、時間Ｔ１４において、可動ストッパ４６は、距離Ｄ１＋Ｄ２だけリフトし、第２で停止する。すなわち、可動ストッパ４６の基端側の面４７が制御室２６の内壁に着座する。このように、可動ストッパ４６はニードル５０より先に第２の位置までリフトする。

図１２（ｇ）に示すように、時間Ｔ１５において、ニードル５０はＤ１＋Ｄ２だけリフトし、可動ストッパ４６に接触する。つまり、第２円柱部５０ｃの基端側の面５３が、可動ストッパ４６の係止部４６ａに接触する。言い換えれば、可動ストッパ４６は第２の位置においてニードル５０のリフトを規制する。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、時間Ｔ１６においてピエゾスタック１２への電圧印加を停止すると、制御室圧は上昇し始める。すなわち、図１２（ｅ）に示すように、ストッパ作用力は低下し始める。

図１２（ｆ）及び図１２（ｇ）に示すように、時間Ｔ１７において、ニードル５０は可動ストッパ４６と分離して、ノズルボディ８の先端側に移動し始める。図１２（ｇ）に示すように、時間Ｔ１８において、ニードル５０のリフト量はゼロとなる。つまり、燃料噴射弁２００は閉弁する。

図１２（ｅ）に示すように、時間Ｔ１９において、ストッパ作用力は負になる。このため、図１２（ｆ）に示すように、可動ストッパ４６はノズルボディ８の先端側に移動し始める。

図１２（ｆ）に示すように、時間Ｔ２０において、可動ストッパ４６にリフト量はゼロとなる。つまり、可動ストッパ４６がストッパ４８の係止部４８ａに着座する。

実施例２によれば、レール圧が所定の圧力より低い場合、可動ストッパ４６は、ニードル５０のリフトを第１の位置において規制する。また、レール圧が所定の圧力より高い場合、可動ストッパ４６は、ニードル５０のリフトを第１の位置より基端側の位置である第２の位置において規制し、第１の位置においては規制しない。

このため、実施例２によれば、低レール圧の状態では、可動ストッパ４６が第１の位置においてニードル５０のリフトを規制することで、燃料噴射弁２００の噴射率を低くすることができる。このため、実施例１と同様に、燃料噴射量を減少させることなく、噴霧のペネトレーションを抑制することが可能となる（図７参照）。

その一方で、高レール圧の状態では、可動ストッパ４６がニードル５０のリフトを第１の位置では規制せず、第２の位置において規制する。このため、可動ストッパ４６が設けられていない場合と同様の噴射率を得ることができる。

図８に示すように、ニードル５０と可動ストッパ４６とには、ともに制御室２６内の燃料、及び燃料溜り室３０内の燃料から圧力が加わる。また、ピエゾスタック１２の動作に応じて作動する圧力低減手段により、制御室圧が低減する。ここで、バネ２６ａを、レール圧が低い場合、可動ストッパ４６が第１の位置においてニードル５０のリフトを規制し、レール圧が高い場合、第２の位置においてニードル５０のリフトを規制するように調節することができる。これにより、実施例２によっても実施例１と同様に、従来の技術より簡単な構成で、ニードルのリフトを規制することができる。

実施例２に係る燃料噴射弁２００が効果を発揮する例として、小ボアエンジンや冷間軽負荷状態について説明する。小ボアエンジンや高地低水温等の冷間軽負荷の状態では、燃料の壁面付着によるＨＣ（炭化水素）増大や燃焼不安定等の問題が生じることがある。これらは、特に低レール圧時に問題となる。燃料の壁面付着を抑制し、燃焼を安定化するためには、低ペネトレーションが要求される。実施例２によれば、低レール圧において低ペネトレーションが実現できる。従って、小ボアエンジンや高知低水温等の冷間軽負荷の状態においても、燃料の壁面付着によるＨＣ（炭化水素）増大や燃焼不安定等の問題が生じることを抑制できる。

バネ２６ａを調節することにより、可動ストッパ４６が第１の位置においてニードル５０のリフトを規制するレール圧を、任意の圧力に設定することができる。すなわち「所定の圧力」を、任意の圧力に設定することができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

ＥＣＵ ２
ＥＤＵ ４
噴孔 ６
ノズルボディ ８
ニードル １０、５０
ピエゾスタック １２
バルブ室 ２２
制御室 ２６
バネ ２６ａ、２８ａ、２８ｂ、３０ａ
燃料溜り室 ３０
高圧燃料通路 ３４
リターン通路 ３６
バルブ ４２
可動ストッパ ４６
ストッパ ４８
燃料噴射弁 １００、２００

Claims (1)

1. 先端部に噴孔を備えたノズルボディと、
   前記先端部に燃料を供給する燃料通路と、
   前記ノズルボディ内に摺動自在に配置されたニードルと、
   前記ノズルボディ内であって、前記ニードルの摺動方向に摺動自在に配置された、前記ニードルのリフトを規制する可動ストッパと、
   前記燃料通路と接続され、前記ニードル及び前記可動ストッパを前記ノズルボディの先端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入される制御室と、
   前記可動ストッパを移動させる移動手段と、を具備し、
   前記移動手段は、前記制御室内に創出された圧力を低減する圧力低減手段と、前記ノズルボディ内に配置され、前記圧力低減手段を作動させるアクチュエータと、前記可動ストッパを前記ノズルボディの基端側に付勢する第１付勢手段と、を含み、
   前記可動ストッパは、前記アクチュエータの動作に応じ、第１の位置と前記第１の位置より前記ノズルボディの基端側の位置である第２の位置との間で摺動し、
   前記第１付勢手段は、前記燃料通路内の燃料の圧力が所定の圧力より高い場合、前記可動ストッパが前記第１の位置において前記ニードルのリフトを規制し、
   前記燃料の圧力が所定の圧力より低い場合、前記可動ストッパが前記第２の位置において前記ニードルのリフトを規制するように、前記可動ストッパを付勢することを特徴とする燃料噴射弁。

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